SE

Ögonblicksbilder av hur syre bildas i fotosyntesen

Forskare fr?n Ume? universitet har med tv? olika tillvägag?ngssätt f?tt en unik experimentell inblick i reaktionsförloppet som leder till bildandet av syremolekyler i fotosyntesen. De b?da studierna publiceras i den vetenskapliga tidskriften Nature Communications.
? Den nya kunskapen kommer att hjälpa oss att förbättra nuvarande syntetiska katalysatorer för vattenoxidation. Katalysatorerna är nyckelkomponenter för att bygga konstgjorda löv-anordningar för omvandling av solenergi till bränslen s?som vätgas, etanol eller metanol, säger Johannes Messinger, professor i biologisk kemi och forskargruppens ledare.
Alla barn lär sig i skolan att det syre vi andas produceras genom fotosyntesen hos växter och cyanobakterier som lever i sjöar och hav. Men exakt hur det sker är fortfarande under intensiv forskning.
Bildningen av syre i fotosyntesen sker i ett reaktionsförlopp som slutförs inom en tusendels sekund. Därför är det inte förv?nande att det har varit s? sv?rt att bevisa experimentellt exakt hur en katalysator best?ende av fyra manganjoner och en kalciumjoner (Mn4Ca-kluster) utför reaktionsförloppet i fotosystem II. Nästan alla molekylära detaljerna vi i dag “vet” om de sista kritiska stegen bygger p? beräkningar. Johannes Messinger och hans forskargrupp vid Ume? universitet har nu undersökt tv? olika sätt för att f? en experimentell inblick i mekanismen för syrebildning.
I den första studien har forskarna bromsat reaktionssekvensen mer än 40 g?nger genom byta ut kalcium i klustret mot strontium, och en närliggande kloridjon mot en jodidjon.
? Vi kunde visa att i det sista kortlivade mellantillst?ndet innan syrgas bildas, blir de tv? vattenmolekylerna “arresterade”, vilket innebär att de är mer än 1000 g?nger starkare bundna till Mn4Ca-klustret än i alla tidigare stadier i reaktionsförloppet. Stabiliseringen tros enligt en tidigare studie vara orsakad av förlust av en proton och reflekterar vilket alldeles särskilt välordnat system som krävs för snabb och energieffektivt bildande av syre fr?n vatten.
Resultatet erhölls med hjälp av syreisotopmärkning och masspektrometri.
I den andra studien använde Johannes Messinger och hans medarbetare en frielektronröntgenlaser, Linac Coherent Light Source (Menlo Park, USA), som producerar extremt korta högintensiva röntgenpulser (10?15 av en sekund). När pulserna träffar de mikrometerstora fotosystem II-kristallerna mättes proven samtidigt med röntgenkristallografi och röntgenemissionsspektroskopi.
? Med denna teknik studerade vi samma reaktionssekvens och fick “ögonblicksbilder” av hur atomerna strukturerades när klustrets genomgick olika stadier, däribland det kortlivade tillst?ndet i slutfasen, vilket undersöktes i den första studien.
Deras data visade att inga storskaliga strukturella förändringar (> 0.5 ? 10-10 m) förekom i Mn4Ca -klustret och övriga delar av fotosystem II-komplexet under syrebildningen. Insamlad röntgenemissionsdata bekräftar att “arresteringen” av de tv? bundna vattenmolekylerna, som observerades i de masspektrometriska experimenten, inte beror p? en förändring i laddning (oxidationstillst?nd) av manganjoner i Mn4Ca-klustret, och inte heller p? bildandet av en första bindning mellan syreatomerna hos de tv? vattenmolekylerna.
? Studien tyda p? att sm? strukturella förändringar sker i samband med protonavgivandet, men vi behöver fortfarande ytterligare förbättra upplösningen av v?ra data för att se exakt vad som händer.
Den första studien genomfördes i samarbete med tv? franska forskare. Den andra studien genomfördes inom ett internationellt team med mer än 40 forskare.
Artificiell fotosyntes
I sökandet efter en ren och h?llbar energikälla studerar forskare vid Ume? universitet fotosyntesen med syfte att skapa en artificiell fotosyntes. Forskarnas m?l är att först? och modellera de komplexa biokemiska reaktioner som äger rum i växternas celler under fotosyntesen för att sedan efterhärma och konstruera ett konstgjort löv, en integrerad enhet, som kopplar samman alla viktiga processer. Om det lyckas skulle det bli möjligt att förvandla vatten med hjälp av solljus direkt till syre och miljövänligt bränsle i form av vätgas.
Originalartiklar i Nature Communications:
Studie 1: http://www.nature.com/ncomms/2014/140704/ncomms5305/full/ncomms5305.html
Studie 2: http://www.nature.com/ncomms/2014/140709/ncomms5371/full/ncomms5371.html

För mer information, kontakta gärna:
Johannes Messinger, kemiska institutionen vid Ume? universitet
Telefon: 090-786 59 33
E-post: johannes [email protected]
www.solarfuels.se

Ume? universitet
Ume? universitet är ett av Sveriges största lärosäten med drygt 32 000 studenter och 4300 anställda. Här finns internationellt väletablerad forskning och en stor m?ngfald av utbildningar. V?rt campus utgör en inspirerande miljö som inbjuder till gränsöverskridande möten ? mellan studenter, forskare, lärare och externa parter. Genom samverkan med andra samhällsaktörer bidrar vi till utveckling och stärker kvaliteten i forskning och utbildning.0000Skicka som e-post
Share this

Artykuly o tym samym temacie, podobne tematy


Tagi: #Anette Norberg   #Bo Hilleberg   #Mittuniversitetet Akademisk   #OSD